高三化学知识点之氮及其化合物

1精品小班课程辅导讲义讲义编号2014暑假12HX01辅导科目：化学年级：新高三课题氮及其化合物教学目标NH3、NO、NO2的性质。理解硝酸与硝酸盐的性质。教学重点、难点NH3、NO、NO2的性质。理解硝酸与硝酸盐的性质。2教学内容一、考纲要求主题学习内容学习水平说明一些元素的单质和化合物氮氨B（1）氨的物理性质和化学性质（2）工业合成氨的原理铵盐B（1）铵根离子与碱溶液的反应（2）铵盐的不稳定性氮肥A（1）常见氮肥：铵盐（NH4Cl、NH4NO3、NH4HCO3）二、知识梳理（一）氮气(1)氮元素在自然界中的存在形式：既有游离态又有化合态．空气中含N278％(体积分数)或75％(质量分数)；化合态氮存在于多种无机物和有机物中，氮元素是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素．(2)氮气的物理性质：纯净的氮气是无色气体，密度比空气略小．氮气在水中的溶解度很小．在常压下，经降温后，氮气变成无色液体，再变成雪花状固体．(3)氮气的分子结构：氮分子(N2)的电子式为，结构式为N≡N．由于N2分子中的N≡N键很牢固，所以通常情况下，氮气的化学性质稳定、不活泼．(4)氮气的化学性质：①N2与H2化合生成NH3N2+3H22NH3说明该反应是一个可逆反应，是工业合成氨的原理．②N2与O2化合生成NO：N2+O2放电2NO说明在闪电或行驶的汽车引擎中会发生以上反应．(5)氮气的用途：①合成氨，制硝酸；②代替稀有气体作焊接金属时的保护气，以防止金属被空气氧化；⑧在灯泡中填充氮气以防止钨丝被氧化或挥发；④保存粮食、水果等食品，以防止腐烂；⑤医学上用液氮作冷冻剂，以便在冷冻麻醉下进行手术；⑥利用液氮制造低温环境，使某些超导材料获得超导性能．（二）一氧化氮和二氧化氮1、一氧化氮：无色无味气体，难溶于水，有很大毒性，在常温下极易被氧化成二氧化氮。2NO＋O2→2NO22、二氧化氮：红棕色有刺激性气味气体，溶于水生成硝酸和一氧化氮。33NO2＋H2O→2HNO3＋NO2NO2N2O4（无色）【光化学烟雾】NO、NO2有毒，是大气的污染物．空气中的NO、NO2污染物主要来自于石油产品和煤燃烧的产物、汽车尾气以及制硝酸工厂的废气．NO2在紫外线照射下，发生一系列光化学反应，产生一种有毒的烟雾——光化学烟雾．因此，NO2是造成光化学烟雾的主要因素．光化学烟雾刺激呼吸器官，使人生病甚至死亡．注意：关于氮的氧化物溶于水的几种情况的计算方法。①NO2或NO2与N2（或非O2）的混合气体溶于水时可依据：3NO2＋H2O→2HNO3＋NO利用气体体积变化差值进行计算。②NO2和O2的混合气体溶于水时，由4NO2＋2H2O＋O2→4HNO3可知，当体积比为＝4：1，恰好完全反应V(NO2)：V(O2)＞4：1，NO2过量，剩余气体为NO＜4：1，O2过量，乘余气体为O2③NO和O2同时通入水中时，其反应是：2NO＋O2→2NO2，3NO2＋H2O→2HNO3＋NO，总反应式为：4NO＋2H2O＋3O2→4HNO3当体积比为＝4：3，恰好完全反应V(NO)：V(O2)＞4：3，NO过量，剩余气体为NO＜4：3，O2过量，乘余气体为O2④NO、NO2、O2三种混合气体通入水中，可先按①求出NO2与H2O反应生成的NO的体积，再加上原混合气体中的NO的体积即为NO的总体积，再按③方法进行计算。（三）硝酸(1)物理性质：①纯硝酸是无色、易挥发(沸点为83℃)、有刺激性气味的液体．打开盛浓硝酸的试剂瓶盖，有白雾产生．(与盐酸相同)②质量分数为98％以上的浓硝酸挥发出来的HNO3蒸气遇空气中的水蒸气形成的极微小的硝酸液滴而产生“发烟现象”．因此，质量分数为98％以上的浓硝酸通常叫做发烟硝酸．(2)化学性质：①具有酸的通性．例如：CaCO3+2HNO3(稀)→Ca(NO3)2+CO2↑+H2O(实验室制CO2气体时，若无稀盐酸可用稀硝酸代替)②不稳定性．HNO3见光或受热发生分解，HNO3越浓，越易分解．硝酸分解放出的NO2溶于其中而使硝酸呈黄色．有关反应的化学方程式为：【特别提醒】：通常“纯净”的NO2或N2O4并不纯，因为在常温、常压下能发生2NO2N2O4反应。由于此可逆反应的发生，通常实验测得NO2的相对分子质量大于它的实际值，或在相同条件下，比相同物质的量的气体体积要小。此外涉及NO2气体的颜色深浅、压强、密度等要考虑此反应。因而可逆反应2NO2N2O4在解化学题中有很重要的应用。44HNO3加热或光照2H2O+4NO2↑+O2↑1、HNO3具有酸的通性。2、HNO3具有强氧化性，表现在能与多数金属、非金属、某些还原性化合物起反应。③强氧化性：不论是稀HNO3还是浓HNO3，都具有极强的氧化性．HNO3浓度越大，氧化性越强．其氧化性表现在以下几方面：a．几乎能与所有金属(除Hg、Au外)反应．当HNO3与金属反应时，HNO3被还原的程度(即氮元素化合价降低的程度)取决于硝酸的浓度和金属单质还原性的强弱．对于同一金属单质而言，HNO3的浓度越小，HNO3被还原的程度越大，氮元素的化合价降低越多．一般反应规律为：金属+HNO3(浓)→硝酸盐+NO2↑+H2O金属+HNO3(稀)→硝酸盐+NO↑+H2O较活泼的金属(如Mg、Zn等)+HNO3(极稀)→硝酸盐+H2O+N2O↑(或NH3等)金属与硝酸反应的重要实例为：3Cu+8HNO3(稀)→3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O该反应较缓慢，反应后溶液显蓝色，反应产生的无色气体遇到空气后变为红棕色(无色的NO被空气氧化为红棕色的NO2)。实验室通常用此反应制取NO气体．Cu+4HNO3(浓)→Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O该反应较剧烈，反应过程中有红棕色气体产生．此外，随着反应的进行，硝酸的浓度渐渐变稀，反应产生的气体是NO2、NO等的混合气体．b．常温下，浓HNO3能将金属Fe、A1钝化，使Fe、A1的表面氧化生成一薄层致密的氧化膜．因此，可用铁或铝制容器盛放浓硝酸，但要注意密封，以防止硝酸挥发变稀后与铁、铝反应．(与浓硫酸相似)c．浓HNO3与浓盐酸按体积比1∶3配制而成的混合液叫王水．王水溶解金属的能力更强，能溶解金属Pt、Au．d．能把许多非金属单质(如C、S、P等)氧化，生成最高价含氧酸或最高价非金属氧化物．例如：C+4HNO3(浓)→CO2↑+4NO2↑+2H2Oe．能氧化某些具有还原性的物质，如H2S、SO2、Na2SO3、HI、HBr、Fe2＋等．应注意的是，NO3－无氧化性，而当NO3－在酸性溶液中时，则具有强氧化性．例如，在Fe(NO3)2溶液中加入盐酸或硫酸，因引入了H＋而使Fe2＋被氧化为Fe3＋；又如，向浓HNO3与足量的Cu反应后形成的Cu(NO3)2中再加入盐酸或硫酸，则剩余的Cu会与后来新形成的稀HNO3继续反应．f．能氧化并腐蚀某些有机物，如皮肤、衣服、纸张、橡胶等．因此在使用硝酸(尤其是浓硝酸)时要特别小心，万一不慎将浓硝酸弄到皮肤上，应立即用大量水冲洗，再用小苏打或肥皂液洗涤．(3)保存方法．硝酸易挥发，见光或受热易分解，具有强氧化性而腐蚀橡胶，因此，实验室保存硝酸时，应将硝酸盛放在带玻璃塞的棕色试剂瓶中，并贮存在黑暗且温度较低的地方．(4)用途．硝酸是一种重要的化工原料，可用于制造炸药、染料、塑料、硝酸盐等．5（四）氨(1)氨的物理性质：①氨是无色、有刺激性气味的气体，比空气轻；②氨易液化．在常压下冷却或常温下加压，气态氨转化为无色的液态氨，同时放出大量热．液态氨气化时要吸收大量的热，使周围的温度急剧下降；③氨气极易溶于水．在常温、常压下，1体积水中能溶解约700体积的氨气(因此，氨气可进行喷泉实验)；④氨对人的眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用．若不慎接触过多的氨而出现病症，要及时吸入新鲜空气和水蒸气，并用大量水冲洗眼睛．(2)氨分子结构：NH3的电子式为，结构式为，氨分子的结构为三角锥形，N原子位于锥顶，三个H原子位于锥底，键角107.3°，是极性分子．(3)氨的化学性质：①与水反应．氨气溶于水时(氨气的水溶液叫氨水)，大部分的NH3分子与H2O分子结合成NH3·H2O(叫一水合氨)．NH3·H2O为弱电解质，只能部分电离成NH4＋和OH－：NH3+H2ONH3·H2ONH4＋+OH－a．氨水的性质：氨水具有弱碱性，使无色酚酞试液变为浅红色，使红色石蕊试液变为蓝色．氨水的浓度越大，密度反而越小(是一种特殊情况)．NH3·H2O不稳定，故加热氨水时有氨气逸出：b．氨水的组成：氨水是混合物(液氨是纯净物)，其中含有3种分子(NH3、NH3·H2O、H2O)和3种离子(NH4＋和OH－、极少量的H＋)．c．氨水的保存方法：氨水对许多金属有腐蚀作用，所以不能用金属容器盛装氨水．通常把氨水盛装在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶里．d．有关氨水浓度的计算：氨水虽然大部分以NH3·H2O形式存在，但计算时仍以NH3作溶质．②与酸反应：NH3+HClNH4C1a．氨气与挥发性酸(浓盐酸、浓硝酸等)相遇，因反应生成微小的铵盐晶体而冒白烟，这是检验氨气的方法之—．NH3+HClNH4C1（当蘸有浓氨水的玻璃棒与蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近时，产生大量白烟．这种白烟是氨水中挥发出来的NH3与盐酸挥发出来的HCl化合生成的NH4C1晶体小颗粒．）b．氨气与不挥发性酸(如H2SO4、H3PO4等)反应时，无白烟生成．③还原性NH3分子中氮元素呈－3价，具有还原性，能在一定条件下与O2、Cl2、CuO等反应，被它们氧化：a．跟氧气反应：4NH3+5O2催化剂4NO+6H2O（催化剂：铂铑合金或三氧化二铬）说明这一反应叫做氨的催化氧化(或叫接触氧化)，是工业上制硝酸的反应原理之一．ｂ．跟氯气反应(检查氯气是否泄漏)：2NH3+3Cl2N2+6HCl8NH3+3Cl2N2+8NH4Clｃ．跟氧化铜反应：(4)氨气的用途：①是氮肥工业及制造硝酸、铵盐、纯碱的原料；②是有机合成工业如合成纤维、塑料、染料、尿素等的常[特别提醒]：有硝酸参与的氧化还原反应的计算：（1）单质与硝酸的反应，分析讨论是金属还是非金属，若为金属参加的反应硝酸分为两部分，一部分作氧化剂，另一部分起酸性生成硝酸盐，应先确定未被还原的硝酸，再由电子得失守恒求解。若为非金属单质与硝酸反应时，硝酸全部被还原。（2）Cu与HNO3的反应中随着反应的进行浓度逐渐变小，产物由NO2变成NO，最终为混合气体。可以这样理解并分析：反应的硝酸在产物中共三部分：Cu(NO3)2HNO3—被还原的硝酸无论生成NO还是NO2均为一个N原子与一个HNO3的比例关系，即：被还原的硝酸与气体的物质的量相等。而未被还原的硝酸总是生成最高价金属的硝酸盐〔如Cu(NO3)2〕，一个金属离子与金属离子最高价数个HNO3成比例关系，即未被还原的HNO3与金属离子的最高价态数相等。6用原料；③用作冰机中的制冷剂．【铵盐】铵盐是由铵离子(NH4＋)和酸根阴离子组成的离子化合物．铵盐都是白色晶体，都易溶于水．(1)铵盐的化学性质：①受热分解．固态铵盐受热都易分解．根据组成铵盐的酸根阴离子对应的酸的性质的不同，铵盐分解时有以下三种情况：a．组成铵盐的酸根阴离子对应的酸是非氧化性的挥发性酸时，则加热时酸与氨气同时挥发，冷却时又重新化合生成铵盐。例如：NH4Cl(固)NH3↑+HCl↑NH3+HClNH4Cl(试管上端又有白色固体附着)又如：(NH4)2CO32NH3↑+H2O+CO2↑NH4HCO3NH3↑+H2O+CO2↑b．组成铵盐的酸根阴离子对应的酸是难挥发性酸，加热时则只有氨气逸出，酸或酸式盐仍残留在容器中．如：(NH4)2SO4NH4HSO4+NH3↑(NH4)3PO4H3PO4+3NH3↑c．组成铵盐的酸根阴离子对应的酸是氧化性酸，加热时则发生氧化还原反应，无氨气逸出．例如：NH4NO3N2O↑+2H2O②跟碱反应——铵盐的通性．固态铵盐+强碱(NaOH、KOH)无色、有刺激性气味的气体